從詩書畫樂 走進腦神經科學的有趣世界

黃丙喜 PhD

Professor, Taiwan Tech University EDBA/EMBA/IMBA President, Koo-idea Campus E-Platform

huang.prof@mail.ntust. edu.tw; March 30, 2016

mailto:huang.prof@mail.ntust

對話主題

• 從聰明絕頂的愛因斯坦說起

• 人類大腦特別嗎？

• 當電腦贏過世界棋王

• 世紀疑問：數學家會失業嗎？

• 英國女孩漢娜瓊斯的人生抉擇

• 一道習題: 如果藝術是場博彩？

• 動物本能：三位諾貝爾經濟學獎得主的新觀點

• 切開大腦：認知神經科學之父來解謎

AlphaGo圍棋勝棋王 還有一個幕後推手是台灣人

台灣師範大學資工博士黃士傑（左）代替AI和棋王李世石（右） 下棋。（圖／達志影像／美聯社）

AlphaGo 原來長這樣？ 網友：這是要李世乭怎麼下棋！

南韓棋王李世乭與Google人工智慧

系統AlphaGo精彩的五盤大戰備受全

球關注，不僅成為圍棋內行人到門

外漢的熱門話題，還引來各路網友

大展身手，發揮天馬行空的繪畫天

份，將AlphaGo以動漫人物的方式擬

人化，作品中更不乏萌值破表的機

器少女，讓網友直呼「這是要李世

乭怎麼下棋！」

人腦大戰：電腦是如何思考？

大腦記憶系統 電腦記憶體

[前額葉] 中央執行系統

中央處理器

[前額葉] 工作記憶

快取記憶體

[內側顳葉] 事件記憶、短期記憶

隨機記憶體

[知覺特性相關大腦皮質] 語意記憶、自傳式記憶

硬碟等長期儲存裝置

[視網膜、耳蝸、鼻嗅細胞、味蕾、皮膚、關節、內臟感覺受體] 視覺、聽覺、多重感覺等輸入模式

鍵盤、滑鼠、掃描器等輸入裝置

人類的大腦特別嗎?

The brain is the organ that sets us apart from any other species. It is not the strength of our muscles or of our bones that makes us different, it is our brain.

大腦是讓我們和其它物種有所差異的器官。 它佔人體重量的2% ，僅一千四百克重，由大約一百五十億個神經細胞以及有支持作用的膠細胞聚合而成的白色器官。

—Pasko T. Rakic, “Great Issues for Medicine in the Twenty-First Century,” Annals of the New York Academy of Sciences 882 (1999), p. 66.

Pasko Rakic, M.D., Sc.D., professor of Neurobiology and Neurology at Yale and director of the Kavli Institute of Neuroscience.

腦神經科學在美學的運用 --假如您是一位藝術家，或者是一位藝術愛好者--

• 當您在欣賞或創作藝術作品的時候，是否曾想過在進行這種藝術活動時，您的大腦內部所發生的事件？

• 想過這些活動對自己思維能力的提高、對塑造自己獨特的大腦會產生什麼影響？或者在長期的藝術欣賞和創作活動中，您是否知道自己已經潛移默化地得到了許多收益？

• 研究主要是實証性的，通過實驗觀測來探詢我們審美活動的一般規律。這是一個人文（美學、藝術）與科學（腦科學、心理學）密切交叉的研究領域，也是國際學術界最具有挑戰性的新興學科。

• 認知神經美學研究的方法主要是依靠解剖學、病理學的有損腦探測方法和近來應用越來越多的無損腦功能成像技術。

• 前者是傳統的神經機制研究手段，應用范圍局限於病人。后者是腦科學發展的具有革命意義的技術支持，應用范圍擴展到正常人。腦功能成像在認知神經科學領域的普遍應用，對我們認識大腦的正常活動產生深刻而巨大的影響。

Brain MRI Scan 磁核造影

• Magnetic resonance imaging (MRI) techniques provide an extremely detailed, 3-D view of a living brain.

• The technique is critical for identifying abnormalities such as tumors, spotting the warning signs of some brain diseases, and revealing the extent of trauma from strokes.

音樂如何改變你的大腦 youtube TED

• 2014年9月14日

• 當我們使用樂器的、和聽音樂的時候，大腦內就像煙火一樣活躍著

一道習題

假如藝術是場博彩

•

這場賭局跟大腦有關

•B

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•

雙色球:

中獎機率1

70

0萬分之一

•

體彩3

6

選7:

中獎機率是8

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萬分之一

•

我們能否通過彩票改變命運呢？

•

人有何天性？

•

博彩業如何讓人一賭再賭？

預期收穫=成功的機率X成功的價值 荷蘭數學家Daniel Bernoulli

大腦對價值判斷的心理取向

• 大腦喜新厭舊:

--驚喜效果遞減(新的刺激)

• 品牌忠誠: 情感忠誠VS行為忠誠

• 驚喜效果的能量:

-- 驚喜要產生情感和忠誠效果 1. 要有足夠的新意

2. 要足夠打動人(超越對方的心理預期)

人類感知場域--

一個容納感覺視覺聽覺觸覺

和記憶的多元空間

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factor en

gineerin

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驚奇—感動的要素 文化創意產業激發人們感知神經的首要元素和必要發現

驚的心理反應和認知層次

驚奇/驚艷

驚異/驚怪

(感知)

驚歎

(情感/期望)

驚醒/驚心

(認知)

驚喜

驚恐/驚慌

(感動)

(效應)

驚喜的心理契約

經濟學家

John Stuart Mill(1806-1873)

• Importance Felt • 海納模型

• Ronald A. Heiner

• 訉息-感覺-認知

• (價值的判斷)

心理學家

E.H. Schein

心理契約

• 超出預期

• Difference Felt

• Dissanayake (Washington University)

• 穾如奇來

• 行為丶態度和心理發生改變

• (產生的規律)

行為科學家

Fredrick Herzberg(1923-2000)

Two Factor Theory

• 設計懸念(氣氛+謎題)

• 打造體驗

• 打破常規

• 降低期望

• (產生的方法)

Design for Engagement, Jesse James Engagement of the Heart(情感) Internal Engagement (內部) 情感大腦與感知的互動Engagement of the Mind(心智) Emotion 感覺知覺Perception Cognition Action ...

感動和美學的心理過程

刺激

物體或藝術家的一段音樂文字圖畫等

感官對刺激的

感知

美學定義2:

美有三個層次:表面的美(無意識的)/活動或行為的美(有意識的)/有深度，意義和涵意的美(有思考)--西北大學心理學教授Norman

感知刺激後的

情緒反應

美學定義1:

對美與藝術體驗的心理反應

美學定義3:

在藝術上美麗或令人愉快的外表—劍橋大學教授Humphrey

How a thought moves from the depths of the unconscious to become conscious. 感動的腦部系列運作過程

美學體驗 --當人們感覺到某種事物的美，便產生了美學體驗--

• 「美學」（aesthetic）字彙起源於希臘文aisthetikos，原意為「屬於感官知覺的」（Maquet, 2003）

• 哲學家Hegel將此概念聚焦於精緻藝術的研究，藝術領域的工作者與研究者以「美學」來指稱藝術品的知覺性與體驗性（Schmitt & Simonson, 1997；Maquet, 2003）

• 美學來自感官的體會，也涉及情緒的喚起與心靈的共鳴，而這一切的身、心、靈反應都圍繞在藝術品與其他美好事物的體驗過程上。美感就是帶給消費者美的元素，或者情感、心靈悸動的一種體驗（Charters, 2006）。

• 美學體驗即是在體驗美的過程中，產生愉悅感，它是自我導向的，取悅自我而並非他人的。美學體驗即是在消費的過程中，商品或附加價值能夠滿足消費者的心理愉悅需求，並以美感帶動產生正面情緒，形成印象深刻的美好回憶。 (Wagner, 1999）

神經元和美學感受 --心理學家們Reber)丶Schwarz丶Winkielman的實驗--

• 不確定加大驚喜感，驚喜促進非理性消費

• 感知者對於物體的心智處理愈流𣈱，他們的美學反應也愈正面。

• 處理的難易程度會受到感知誘發 、 觀念誘發或不同經驗影響 。

• 流𣈱程度會受到期望或加諸其上的意義而調整 。

去餐廳吃飯、聽音樂，還是看電影你都無法預知會不會喜歡這次經驗

体验效用（experienced utility)

音乐或电影实际给你的感受，无论好坏

期望效用

（expected utility）

选择的依据是你期望它会给你带来的感受

记忆效用（remembered utility）未来的选择基于脑海中对过去的体验记忆

腦神經科學和藝術美學的對話 Brain Science and Marketing:

Role of the Limbic & Reptilian Brains

“98% of what the brain does is outside of conscious awareness.”

—Michael S. Gazzaniga • Your brain is not really in control as

much as it thinks. • You think you are in control. “You”—

your sense of self—your highly developed, amazingly capable, conscious mind housed in the big wrinkly hemispheric thing that we most often associate with the brain: the neocortex—is not really in control as much as it thinks. It’s just easier for all of us to carry on with this delusion.

• 腦新皮質

http://www.nytimes.com/2011/11/01/science/telling-the-story-of-the-brains-cacophony-of-competing-voices.htmlhttp://www.nytimes.com/2011/11/01/science/telling-the-story-of-the-brains-cacophony-of-competing-voices.html

腦的每一區域 負責不同的感動功能

• At the risk of oversimplification, let me make some observations here.

• The reptilian brain’s response to visual and other sensory stimuli—like the warmth of the cup o’ joe—suggests why body language, color, facial expressions, smell, music and all sorts of other seemingly non-critical factors and clearly non-rational factors contribute so significantly to the effectiveness of a brand or a marketing campaign.

• The reptilian brain first wants to know if the thing is threatening or desirable (edible, sexually attractive). It ascertains this from what it can see, smell, taste and touch, not what it can deduct by rational means. All these evaluations occur without recourse to the rational mind.

• The limbic brain then responds emotionally and asks, “Is this my friend? Can I put my trust here?”

• The limbic brain then responds emotionally and asks, “Is this my friend? Can I put my trust here?” This is the essential brand level stuff that generates loyalty, as discussed inThe Difference Between Marketing and Branding.

• Finally, when most of this is sorted out, the rational brain creates a story to make sense of it all. How memorable that story will be is also set within the limbic system, by the amygdala, where the emotional impact of an experience determines its memorability.

http://en.wiktionary.org/wiki/cup_of_joehttp://en.wiktionary.org/wiki/cup_of_joehttp://thebrain.mcgill.ca/flash/d/d_05/d_05_cr/d_05_cr_her/d_05_cr_her.htmlhttp://www.tronviggroup.com/the-difference-between-marketing-and-branding/http://www.tronviggroup.com/the-difference-between-marketing-and-branding/http://www.tronviggroup.com/the-difference-between-marketing-and-branding/http://www.tronviggroup.com/the-difference-between-marketing-and-branding/https://en.wikipedia.org/wiki/Amygdala

藝術和科學的交融

多數人都認為在對大腦奧秘的探索中，科

學無疑是最精確的，是站在第一線的先導

者，但是實際上，藝術時常超越科學而捷

足先登。

約拿·萊勒列舉了19至20世紀聞名世界的八位藝

術家— • “自由體詩人”惠特曼、“英國心理小說先驅”喬治·艾略特、

“現代繪畫之父”保羅·塞尚、“音樂界的畢卡索”斯特拉文斯基、“現代主義之母”格特魯德·斯泰因、“意識流文學先驅”普魯斯特、“西廚之王”奧古斯特·埃科菲和“游走在優雅與瘋癲之間”的女作家佛吉尼亞·伍爾夫

• 畢卡索、塞尚與莫內都稱得上是頂尖的神經學家，因為他們懂得如何以顏色和線條探索頭腦的奧秘，也比大多數人更了解該如何觸動各式各樣的視覺細胞。

《追憶逝水年華》

喚醒美好場景記憶 美學的視覺聽覺觸覺味覺 • 《追憶逝水年華》這部長篇，除了第一部

中關於斯萬的戀愛故事採用第三人稱描寫手法外，其餘都是通過第一人稱敘述出來的，敘述者“我”的回憶是貫穿全書的重要藝術表現方式。小說開卷，“我”從床上醒來，在夢幻般的狀態中千思百想集於心頭。

• 這時一杯茶和一塊點心的觸發，使他回憶起小時候在姑媽萊奧妮家生活的情景。這不僅引出了敘述者的家庭身世和個人經歷，還引出了蓋爾芒和斯萬兩大家族，引出了形形色色的人物事件，整部小說的內容就是通過敘述者的回憶向縱深發掘，逐步推進，最後完整地呈現出來。

經驗和回憶的認知差異

場景記憶 Episodic Memory Endel Tulving

• Semantic memory語意的記憶 —Cold memory-一系列動作的指令的連接，如同語意結構那樣，不帶有情感

• Episodic memory場景的記憶 --Warm memory--記憶被帶回到當初的場景之內，有了溫暖的感覺，與自我意識密切相關，是我們的時間感和歷史感的腦神精基礎

臺法聯手

探索藝術大師腦內旅程 • 人為什麼要表演？人為什麼會對表演

著迷？

• 一場震撼人心的表演究竟是如何產生

的？表演者的大腦如何處理這麼複雜

的資訊？人類從表演中又可以獲得哪

些改造大腦的力量？

• 而當觀眾在欣賞表演的同時，大腦又

會透露哪些隱藏在表面下的訊息？

從少年PI的奇幻漂流 TO藝術

大師的腦內旅程『Hello, Brain!』

--發佈時間：2013-01-29

神經鏡相

腦內模仿 腦內模仿： 音樂與鏡像神經元：

從運動到情緒

蔡振家

臺灣大學音樂學研究所助理教授

第一部由臺灣和法國聯手拍攝的HD科普影片「Hello, Brain!」

恐懼的腦部反應

情緒刺激

腦的反應

1.腦立即對威脅作出優先注意

2. 信息到達感覺分類系統(丘腦)

3.對威脅迅速作出反應(杏仁核)

4. 更深思熟慮的反應

(大腦皮層)

藝術的情感應激反應 意識的歷程（使我們能控制情緒的路徑）：視丘接收到的感覺訊息，先傳到大腦皮質，再傳到杏仁核，

接著傳到下視丘，啟動自律神經系統及內分泌系統作反應，同時把訊息回報給大腦皮質。

為何人類大腦喜歡音樂中的低音？

聽到音樂的低音部分，很多人一定都有心跳加快，情緒高漲的經歷。音樂中樂器的低音已被證實有著特殊的影響——會使人體分泌腎上腺素。這是因為人在聽音樂時，習慣調節神經，跟音樂節奏同步。

美國羅格斯大學的認知學者KarinStromswold認為，節奏紮根於人類身上的理由之一，是因為“胎兒期時，人類為了聽到母親心臟的跳動和母親的聲音，負責接收低音的大腦區域在很早的階段就已經發育得相當發達。”

音樂的空間與心像效應

• 額葉運動區與顳葉聽覺區之外，頂葉也在音樂演奏中扮演了重要角色。頂葉前區的初級體感覺皮質(primary somatosensory cortex)對應各手指的感覺，後區的功能則包括：空間訊息處理、工作記憶、注意力，以及對於視覺、聽覺、觸覺、運動訊息的整合或轉譯。

• 心像練習(mental practice)的效果也相當不錯，也就是在沒有手指動作的情況下專心想像演奏，此時額葉的前運動區(premotor area)會活化。由此可見，手指的動作執行只是音樂演奏的一環，大腦前運動區的計畫與調控，才是運籌帷幄的所在。

它對您顯示了甚麼感官的意義 和感動的價值？

心的想像

莫札特 : 降E大調第四號法國號協奏曲 Kv 495

理性面對非理性

• 但你我都知道，當我們對某些人事物說出「有信心」時，是帶有「信任」和「完全相信」的含意的。

• 當我們真正信任一個人時，往往會忽視某些資訊、不理性地分析資訊，或分析資訊後不理性地行動。我們並不常根據客觀資訊採取行動，而是根據我們信以為真的事採取行動。

• 大腦需耗費人體相當多的資源，所以大腦會盡量以最省力的方式運作。

• 一旦我們相信一個人或一件事，便會停止搜集資料或理性分析，以便節省大腦資源。信心是超越理性的，而人們在做重大決定時往往需仰賴信心。

動物本能對人類行為的影響 諾貝爾2001經濟獎得主喬治．艾克羅 夫（George A. Akerlof）與2013年得主 羅伯．席勒（Robert J. Shiller）

1.信心：欠缺信心是經濟衰退的主要原因

2.公平：公平是至關重要的決定因素

3.貪腐與矇蔽：經濟衰退與人們的掠奪行

為有關

4.貨幣幻覺：貨幣不只是一層「面紗」，

對於實際交易有所影響

5.故事：故事的傳播好比流行病的傳染

信心

• 古典經濟學提到信心，他們將信心視為人們在理性地分析手邊資訊後，對未來做出的一種預測或期望值。

• 有信心，代表經分析後未來前景光明；沒信心，代表經分析後未來前途黯淡。這種說法隱含信心是思考與分析的結果、是理性的。

認知遊戲 --演化論文學家波依徳

一件藝術品的創作就像心靈的遊戲場。 只要用雙手和臉部表情，人不必需要說出任何一個字就能將情緒表達得很清楚。 Dorothea Lange Shorpy Historic Picture 1939 The plight of the unemployed, homeless and migrant laborers

故事=主角+困境+試圖解脫 --故事的大腦運作方程式--

威廉。詹姆士

William James The will to Believe and Other Essays in Popular Philosophy

人與人的差異非常細膩，但這些細微的差異的確非常重要。

• Doroathea Lange/Library of Congress

故事=主角+困境+試圖解脫 --故事的大腦運作方程式--

大學女生的心情故事。 • 她，一位大學藝術學院的氣質美女，

用一張張小小的畫紙，活𩆜活現地畫出了存在她年青的體內和敏感的腦內的悸動，也鋪陳了許多校園女孩共同的心情故事。

• 故事就是心靈的遊戲場。她深入觀察大學校園的每一生活和學習場域，把其中的衝突丶焦慮丶夢境丶沮喪丶歡喜丶童心丶道德丶愛悔…等等多重心境，沉重地丶孤寂地或純真地勾勒出來。

• 大學教授們和企業經理們共同用年青時的心境，鼓勵她跳脫羞怯，出了這本每個人年青時都應該留下的青春畫本。

文字魅力： 標題、定格丶聚焦和聚神

貝多芬不但親自將交響曲題為《田

園》，而且還為每個樂章加上標題。

他對標題做了如下評論：「所

有知道鄉間生活的人都不必藉

助標題，就能明白曲中意思。

• 他說，交響曲「繪情多於繪景」。

• 不錯，第五樂章那種感恩聖潔的

情感流露往往使人感動不已，而

其中的博大胸懷也只有細細聆聽

方能至真感悟。

就在這兒我寫下了溪邊的景色，而在那邊，黃鸝、鵪鶉、夜鶯、杜鵑則在樹梢上和我一起寫作

月迷津渡 --孫紹振，《古典詩詞個案微觀分析》--

• 張繼《楓橋夜泊》 月落烏啼霜滿天，江楓漁火對愁眠。

姑蘇城外寒山寺，夜半鐘聲到客船。

• 李白《把酒問月》 青天有月來幾時？我今停盃一問之。人攀明月不可得，月行卻與人相隨。

皎如飛鏡臨丹闕，綠煙滅盡清暉發。但見宵從海上來，寧知曉向雲間沒。

• 王昌齡《采蓮曲》 荷葉羅裙一色裁，芙蓉向臉兩邊開。 亂入池中看不見，聞歌始覺有人來。

當代最偉大的心理學家、諾貝爾經濟學獎得主

康納曼深度剖析大腦思考運作的「思考聖經」

Le Doux’s Model of Emotion

這兩個系統對藝術欣賞的意義？

A Small Test Cup o’ joe test

咖啡好喝，靠的是甚麼感覺？ • There is another intriguing experiment

conducted by Lawrence Williams of the University of Colorado. Let’s call it the “cup o’ joe test.” Subjects are unobtrusively handed a cup of coffee prior to being asked to write down their thoughts about a man, “Joe,” whose photograph they are shown. There are two test groups—one in which they are handed and briefly hold a warm cup of coffee, and another where they’re handed iced coffee instead. Invariably what happens in this experiment is that the subjects who hold the warm cup of coffee have a more positive view of Joe and those who hold the cold cup, a more negative one. The photograph is the same, everything else is the same. Only the temperature of the coffee is different.

• The subjects who hold the warm cup of coffee have a more positive view of Joe and those who hold the cold cup, a more negative one.

The limbic brain then responds emotionally and asks, “Is this my friend? Can I put my trust here?”

http://leeds-faculty.colorado.edu/lw/http://www.npr.org/templates/story/story.php?storyId=96041598http://www.npr.org/templates/story/story.php?storyId=96041598http://www.npr.org/templates/story/story.php?storyId=96041598http://www.npr.org/templates/story/story.php?storyId=96041598

學習與記憶密不可分

• 學習的過程，腦中的神經元會經過一連串的變化。

• 例如：學習認識蘋果時，會激發腦中某一組神經元，若你重複接觸到蘋果的訊息時，這一組神經元會不斷地同時被激發，經過長期增益效應(long-term potentiation, LTP)，神經元之間彼此的聯繫就變得緊密。

• 下次只要再出現部分線索，就可以激發同一組神經元，如此你就會想到蘋果了。

四張圖片的心理實驗

• 911恐怖襲擊撞毀大樓

• 墜落撞毀的飛機

• 地震倒塌的房屋

• 明亮乾淨的泳池

您認為那一個風險最大？

主持人這麼說

一句話，補捉了人性 • I always smile when I hear Garrison Keillor

say, “Be well, do good work, and keep in touch.”

• 好好保重、認真工作，我們保持連絡。

• It is such a simple sentiment, yet so full of human complexity. Other apes don’t have that sentiment. Think about it. Our species does like to wish people well, not harm.

• 其它猿猴也都沒有這樣的感情。

結語：數學不是唯一的謎

• 神經科學家傑夫．霍金斯提出「百步算則」的觀察：人類要辨識照片中的生物是貓，只需要半秒鐘——大約資訊在一百個神經元系列裡來回的速度；對電腦而言呢？這項任務如果不是太難就是根本辦不到。

• 純粹就上述觀察的解答而言，關鍵在於我們擁有記憶的能力，而且在機制上不同於所有其他物種、也不同於所有人造工程如電腦。我們具備自我覺知，擁有情節式的記憶能力，可以在過去、現在與未來之間做出思考的時空穿梭。

這使得我們與眾不同

• 我們不但具備自我覺知，能夠思考自己的思考，可以知道你不知道我知道你不知道的事情，還會理所當然地認為這種強大的「我意識」也能在我們的寵物身上體現。

• 實際上我們是哺乳類演化分歧上的孤兒，獨特得不可思議。